[发明专利]一种电液伺服飞行仿真器功能模拟装置

摘要

本发明提供了一种电液伺服飞行仿真器功能模拟装置。该装置硬件主要由工控机和信号接口箱两部分组成，分别用于模拟含执行机构的电液伺服飞行仿真器特性数字模型和输入输出的外部接口功能；工控机是该功能模拟装置系统的核心，配有基于ISA总线结构的818、726等多功能卡；信号接口箱主要由液压油源模拟板、信号转接板和直流电源板构成，此外还包括了外部信号处理电路以及可模拟油源的液位、压力、球阀、油泵状态的继电器电路。该装置软件采用了模块化设计思想，主要模块包括仿真器数字模型、编码器信号、测速机信号、逻辑量处理及人机交互窗口。该装置具有功能齐全、操作方便、通用性好等优点，完全可以替代实际的电液伺服飞行仿真器。

主权项

1.一种基于模块化设计的电液伺服飞行仿真器的功能模拟装置，其特征在于：它主要包括硬件系统和软件系统两大部分，其中硬件系统主要由工控机和接口箱两部分组成，而软件部分则采用了模块化设计思想；(一)功能模拟装置硬件系统设计：该电液伺服飞行仿真器功能模拟装置系统主要有两部分构成：(1)可模拟含执行机构的电液伺服飞行仿真器特性数字模型的工控机；(2)可模拟外部接口功能的电液伺服飞行仿真器输入输出信号接口箱；工控机配有基于ISA总线结构的818、726等多功能卡，该818卡可进行A/D变换并采集控制电流信号，然后将该信号作用于含执行机构的电液伺服飞行仿真器特性数字模型以得到位置和速度，速度信号由726卡的D/A变换输出，模拟了电液伺服飞行仿真器的测速机反馈，越位信号由726卡的DO输出通道和信号接口箱内的继电器处理电路模拟，由818卡的DO输出通道模拟了光电轴角编码器的脉冲信号，而818卡的DI通道采集的是液压油源状态；信号接口箱主要由液压油源模拟板、信号转接板和直流电源板构成，此外还包括了外部信号处理电路以及可模拟油源的液位、压力、球阀、油泵状态的继电器电路，液压油源的运行状态模拟主要是通过继电器和信号接口箱控制面板上的按钮共同完成，并可通过控制面板上的指示灯指示；(二)功能模拟装置软件实现：该功能模拟装置系统软件采用了模块化设计思想，主要模块包括如下：(1)电液伺服飞行仿真器特性数字模型：含执行机构的电液伺服飞行仿真器特性数字模型的已知变量为电流信号，反馈变量是速度和位置信号，在该模型中调用了四个模块：818卡采集电流量模块、电液伺服阀特性模块、液压马达特性模块及电液伺服飞行仿真器框架特性模块，由于执行机构和电液伺服飞行仿真器框架近似为二阶振荡环节和惯性环节，其相应模块可采用连续系统的数值积分法实现；在程序中，将参数Kv、ωv、ξv、Dm、ωh、ξh、T定义为可由键盘键入得到变量，这样在应用过程中可以根据实际需要对参数进行选择，可使电液伺服飞行仿真器功能模拟装置配置灵活；(2)光电轴角编码器信号：光电轴角编码器信号分A+/-、B+/-和Z+/-，根据A相、B相脉冲的相位可以判别电液伺服飞行仿真器相应框架的旋转方向：当光源先检测到A脉冲上升沿，然后才检测到B脉冲上升沿，则表示相应框架正转；反之，若先检测到B脉冲上升沿，然后才检测到A脉冲上升沿，则表示相应框架反转；当正转时，A相脉冲超前B相90°；反之，B相脉冲超前A相90°；清零脉冲Z通过设置键盘功能键获得，当检测到有“清零”标志时将Z脉冲的对应输出位置高电平；由于光电轴角编码器的脉冲信号主要是由818数据采集卡DO来模拟实现的，所以对脉冲信号的编码也就是对818卡输出端口数据的编码，实际系统所采用的光电轴角编码器是每转产生18000个脉冲的高精度轴角编码器，因此可根据下列公式(4)算得脉冲周期为：T=1000v360·1800---(4) 为了保证系统的实时性，在模拟实际光电轴角编码器脉冲信号时，将轴角编码器脉冲信号的处理在中断服务程序实现，可以根据不同的转速，输出相应周期的脉冲信号，本系统采用的定时中断是通过改写定时器通道0来实现，实现步骤是：<1>保存原中断向量；<2>重新对定时器通道0进行编程，实现每0.1ms中断一次，设置新的中断向量为中断服务程序入口地址；<3>在程序退出前恢复原中断向量；(3)测速机信号：将电液伺服飞行仿真器特性数字模型功能模块返回的信号经速度解算后通过726卡的D/A通道输出，实现对测速机反馈信号模拟；(4)逻辑量处理：行程开关状态是通过比较模拟的实际位置信号与行程设置信号，输出“1”表示模拟的实际位置大于设定值，反之，输出“0”表示模拟的实际位置小于设定值，逻辑量通过多功能采集卡的DO输出，液压油源状态的处理也是采用这种方式；(5)人机交互窗口：人机交互窗口是通过调用TC025库函数来实现图形界面，主要包括有自动/手动的切换、手动电流给定的设置、位置/速度的数字显示、位置刻度表显示以及行程越位和油源故障的报警；当处于手动状态时，通过键盘输入电流大小；当处于自动状态时，则通过调用818卡A/D转换模块采集电液伺服阀电流信号；当模拟位置超出所设定的行程范围或油源出现故障时，软件界面上的相应报警指示灯亮，通过对中断的计数，每10ms刷新一次窗口界面。